机械振动控制中的颗粒阻尼方法及应用研究

发布时间：2018-03-19 03:30

本文选题：颗粒阻尼　切入点：砂箱颗粒　出处：《沈阳工业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：颗粒阻尼技术是一种将颗粒阻尼特性应用于振动控制的技术。该技术主要是在结构空腔中填加颗粒,利用颗粒运动时相互摩擦和碰撞作用,将机械振动的能量转变成热能或其他形式的能量予以消耗,达到减振,抑制结构振动的目的。应用颗粒阻尼技术仅要求对原有结构做较小的改动,生产成本低、系统的附加质量小、减振效果明显。颗粒材料能吸收较宽频率的振动能量,颗粒阻尼材料不会因高温老化引起自身阻尼性能下降,因此,颗粒阻尼技术是一门值得研究和开发的减振技术,对颗粒阻尼的减振机理以及应用研究已成为国内外振动界研究的热点课题。尽管颗粒阻尼技术已在工程领域有了一定的应用,但总体来看颗粒阻尼技术的研究还处于探索阶段,实验方法和手段尚不完善,应用研究还处于发展阶段,因此有必要将该技术深入研究下去。论文从理论、实验及工程应用等方面对颗粒阻尼机理及其控制技术进行了深入的研究和应用分析。主要工作是:首先,论文总结了颗粒阻尼研究相关的理论和技术的发展历程及现状。从应用和理论两个方面介绍了四种典型的颗粒阻尼技术:冲击阻尼技术,颗粒阻尼技术,豆包阻尼技术、非阻塞性微粒颗粒阻尼技术。系统讨论了颗粒体的结构特点:颗粒体结构在几何结构上是不连续性;颗粒间的接触形式是多样的;颗粒间力的传递方式也是不稳定的;当颗粒体为连续介质,构成稳定颗粒链时,推导出了摩擦型椭球颗粒链稳定存在的条件。其次,砂粒类椭球颗粒在不同的外力作用下运动状态不同,耗能机理也不相同,当外力较小时,颗粒与结构一起运动,颗粒间以及颗粒与腔体都没有相对运动,颗粒链不破坏,颗粒主要以应力波形式耗能,随着振动外力的增加,稳定的椭球颗粒链被破坏,通过建立的椭球接触颗粒建模,对稳定型椭球颗粒链的破坏进行辨识,进而可以判颗粒链是否稳定存在,当振动外力继续增加稳定椭球颗粒链破坏后,颗粒间的运动表现为摩擦运动或碰撞运动,当颗粒间以摩擦运动为主时,存在摩擦耗能的颗粒阻尼计算表达式,当颗粒间以碰撞方式运动时,通过建立的颗粒碰撞耗能公式可以计算出颗粒的碰撞耗能。通过试验对水泵砂箱颗粒阻尼的动态特性进行了系统研究。采用功率流对水泵砂箱颗粒阻尼系统减振和一级隔振系统模型进行分析;并依据电-力类比法和四端参数法,通过Mat lab计算并绘制了填充率等参数变化时,隔振系统的输入功率流,输出功率流、输出速度的变化曲线,对影响参数进行模拟分析。通过实验分析颗粒粒径,填充率,砂箱结构等颗粒参数对水泵砂箱系统中振动的影响,分析了在使用金属弹簧隔振器和橡胶弹簧隔振器时一级隔振系统中上述参数对水泵砂箱系统中振动的影响,同时分析了颗粒粒径,填充率等参数对管道和墙体振动的影响。最后,通过模拟退化算法对建立的颗粒阻尼参数优化模型。对工程实际中的颗粒阻尼参数优化,并应用于实际工程隔振,工程实践表明该方法可以有效的降低设备的振动和噪声。颗粒阻尼技术能提高系统的阻尼。应用颗粒阻尼技术可以较好的控制系统的振动,颗粒阻尼的隔振应用为开拓抑制振动提供了有益的探索。
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【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535

【参考文献】